杭州湾跨海大桥工程案例分析

大型工程集成创新案例分析杭州湾跨海大桥LOGO组员：余治国张平张光雄黄柏松工程建设总貌

杭州湾跨海大桥北起嘉兴海盐市，南至宁波慈溪市，全长36公里，是目前世界上已建成的最长跨海大桥。大桥由327米长的南北引桥、1486米长的南北通航孔桥和34.187公里长的高架桥面组成。大桥设计寿命100年，可抵御12级台风和强烈海潮冲击。桥面为双向六车道高速公路，路基宽度35米，设计时速100公里，两边有3米宽的紧急停车带。大桥北岸连接线总长29.1公里接入沪杭高速，南岸连接线总长55.3公里接入宁波绕城高速。桥体和连接线的建设总经费预算为160亿元。大桥建成使宁波到上海的公路行程比原来缩短120多公里，行车时间缩短到2小时左右，平均每年可节省运费数十亿元。工程建设总貌

这项世界级的伟大工程从酝酿筹建到完成建设历时15年，大致可以分为前期工作10年和正式建设5年两个时期。该工程于1993年开始筹建，2003年6月8日正式动工。经过中铁大桥局、中铁二局、中铁四局、广东长大、中港二航局等单位近万施工大军5年奋战，2007年6月26日大桥贯通，2008年5月1日北奥运会前杭州湾跨海大桥正式通车。杭州湾跨海大桥对推动长三角区域的经济社会发展具有极其重要的意义。大桥打通了江浙沪两省一市沿海地区的大通道，连成了长三角区域的综合交通运输体系，区域经济社会发展的各种要素、各类人才、各项技术流动更为便捷，上海作为国际金融、贸易、航运中心的功能得到更好发挥，浙江产业结构得到优化，宁波－舟山港地位得到提升，有力地支撑了世界第六大经济群的崛起。大桥成为我国桥梁从江河走向海洋的代表作，具有里程碑式的意义。工程环境特点（工程建设难点）

杭州湾海域气候复杂多变，台风、龙卷风、雷暴及突发性小范围灾害性天气时有发生，与巴西亚马逊河口、印度恒河口被并称为世界三大强潮海湾。海域宽流速急，最大流速达每秒6米；每天有两次涨潮落潮，最高潮水位达7.2米，潮水落差4到6米；平均每年夏季有2次以上台风光顾；恶劣的施工条件使全年有效工作日不足180天。海基软土层厚、持力层深，南北两岸水深和岸线情况不同，特别是南岸滩涂长，施工条件复杂，采用常规设计方案和施工方法难以满足工期要求。南岸滩涂有多个区域富集浅层天然气，危及施工安全；还有大气和海水的严重环境腐蚀问题。面对重重困难和挑战，建设者发挥聪明才智，开展集成创新，攻克了一个又一个的难关，创造了世界建桥史上的伟大奇迹。大桥设计上的集成创新

１）桥身设计

大桥总长３６公里，设计者把桥身设计成俯视为Ｓ形，蜿蜒横跨杭州湾。Ｓ形设计是为了让海水顺利流过桥梁下方，使大桥对水文与潮汐的影响降至最低。同时能够让驾驶员在又直又长的路面上不感觉单调，避免走神或者瞌睡。为进一步防止司机视觉疲劳，大桥还把两侧的金属护栏从南至北漆成赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色，每５公里一种。如果从远处的水面上看，整座大桥就如一条横卧海上的“七彩长虹”。大桥中部离南岸约１４公里处建了一个面积约万余平方米的海中平台，用匝道与大桥相连。平台上建有观光塔，游客可以俯瞰大桥的雄姿和波澜壮阔的大海。体现科技与人文结合的创新设计被完美地集成到了跨海大桥桥身上。２）桥塔设计

桥塔与桥身一样直观。根据海水深度，杭州湾跨海大桥设有南北两个航道桥。南航道桥通航标准３０００吨，设计为主跨３１８米Ａ型独塔（高２０２米）双索面钢箱梁斜拉桥；北航道桥通航标准３５０００吨，开始设计为主跨４４８米Ａ型双塔（高１８７米）双索面钢箱梁斜拉桥。后来发现如果北航道桥用Ａ字型塔，它在海上的基础台面将达长１００米宽３８米，差不多一个足球场大小，不但造价高，在恶劣海面上施工的风险也大大增加。于是设计人员提出新的方案，把北航道桥塔改成中间大下面小的钻石型，以减少水中承台面积，降低施工代价。大桥设计上的集成创新３）风障设计杭州湾海域除了雾气、大雨外，还有一个特点是风也很大。据历史测量数据报告，这里８级以上的风力属于正常。桥上过大的横风，对汽车特别是大客车、面包车行驶带来很大危险。工程技术人员在大桥两侧栏杆上增加长２米、宽２０厘米的圆弧形风障，风障是中间有空隙的挡板，既能够为高速行驶的车辆减少横风干扰，也保证了风障自身安全。在杭州湾跨海大桥上行车，即使遇到１１级大风，车辆受到的影响也只相当于８级风。４）浅层天然气处理大桥施工中还遇到了杭州湾土层中蕴含天然气的难题，将钢桩打入这类土层极为危险，失控喷出的天然气可能侵蚀桥梁地基，一有火花，还会点燃天然气，引发爆炸。另外，如果浅层天然气喷发将造成土层扰动，不仅对钻孔桩施工及桥基稳定性有较大危害，而且会影响栈桥施工及大桥建成后运营安全。为了解决这个问题，指挥部曾去曼哈顿向美国人取经，但是外国人拿不出办法，桥梁施工专家转向咨询在海上开采石油的中国专家，结果发明了“控制性放气法”：找出天然气最密集的区域，将装有压力阀的细管钻入天然气矿床，让天然气慢慢排出降低压力；在气量不大的区域则用勘探孔直接放气。集成了来自国内的他山之石，问题迎刃而解。大桥施工中的集成创新

杭州湾两岸水深和岸线情况不同，在“一切从实际出发”、“具体情况具体分析”的思想指导下，工程采取了与传统“设计决定施工”不同的思路，创造性地提出“施工决定设计”的原则。

南岸是浅海滩涂区域，浅滩软土层厚度超过３０米，下方岩石层又深达１６０多米，南岸桥墩施工采用的是钻孔灌注桩技术。北岸一侧是深海区，水流湍急，不具备现场浇筑桩基的条件，只能靠打桩。若采用混凝土预制桩，管径将达１．６米，长度近百米，重量超百吨，预制拼接难度大，在浪高流急的杭州湾还极易失稳，且国内没有现成的打桩设备。另外，前期地质勘探发现土层中有１０米厚的“铁板沙”，将会阻拦桩基穿透，可能出现混凝土预制桩被打裂但仍不能到位的情况。经过反复论证比较，专家组突破欧美国家的有关规范，决定在深海区舍弃混凝土预制桩，采用钢管桩。

大桥钢管桩桩长为７１到８９米，最长一根有３０层楼高７０吨重；桩径为１．５米和１．６米，比大餐桌还大；总用钢达３７万吨，为世界之最。工程技术人员查阅了大量资料，经过无数次试验，借鉴军人打绑腿一圈一圈往上卷的方法，创造性地提出了整桩内外螺旋焊接技术。并进行长达一年的技术检验，确认焊缝没有出现开裂，能够保证工程需要。大桥材料上的集成创新１）混凝土材料

杭州湾地区的海水和大气盐雾中含有较高的氯离子，侵入桥墩混凝土缝隙中，会导致钢筋严重锈蚀而膨胀，使混凝土保护层大面积开裂，导致结构失效。工程技术人员经过反复试验研究，发明了增加混凝土密实性的技术，解决了这一难题。具体方法是：在一般混凝土材料中，掺入一定比例的粉煤灰和细磨矿渣粉，制成高密实性的海工混凝土。这种混凝土能够有效延长氯离子到达钢筋表面并达到临界值的时间，其抗氯离子性能是一般混凝土的３－４倍，从而使大桥铸就了百年不坏的“金刚身”。在使用海工高性能混凝土的基础上，技术人员还对腐蚀严重的部位和特殊构件，采用了环氧涂层钢筋、电流阴极防护等多项防腐技术，使大桥设计的１００年寿命有了可靠保障，也充分体现了集成创新的思想。大桥材料上的集成创新２）钢管桩材料

大桥深海区采用的是超大超长钢管桩，如何防腐？国际上一般做法是加厚管壁，如美国重修旧金山大桥时所用的钢管桩厚度为７．５厘米。据测算，钢管桩在海水中每年的腐蚀厚度是０．２毫米，按百年寿命设计，需要加厚管壁２厘米。这不但大大提高了工程成本，也将给施工带来巨大困难，国内也还没有将如此厚的钢板制成钢管的能力。工程技术人员又经过无数次试验，最后采用了２．３厘米厚度的钢管桩。同时，技术人员还在钢管桩上集成了涂层保护和阴极保护的防腐技术，对钢管桩涂装三层熔融环氧粉末，给每根钢管桩焊一块可以定期更换的阳极板以吸收海水中的阴离子。防腐技术的集成应用，既保证了工程质量，又大大降低了成本。大桥集成创新方法的启示２）钢管桩材料

大桥深海区采用的是超大超长钢管桩，如何防腐？国际上一般做法是加厚管壁，如美国重修旧金山大桥时所用的钢管桩厚度为７．５厘米。据测算，钢管桩在海水中每年的腐蚀厚度是０．２毫米，按百年寿命设计，需要加厚管壁２厘米。这不但大大